高中数学自主探究式教学模式理论与实践研究

1 / 16 高中数学自主探究式教学模式理论与实践研究 摘要 我们初步构建了以学生为主体、以教师为主导、以学生自主探究为主线的基于网络环境下的高中数学自主探究式教学模式：创设情境 本项实验研究旨在探索出既适合高中学生身心发展又具时代特征的、将现代信息技术与高中数学课程加以整合的新型高中数学课堂教学模式，以更好地培养学生的数学创新意识、创新精神、创新能力和解决实际问题的能力。 关键词 ：网络环境，整合，自主探究式，理论与实践研究 We on as it to be on of on of on / 16 on on on . at a of In to to of on 、高中数学自主探究式教学模式的研究背景 当我们步入 21 世纪时，世界科学技术正在发生新的重大突破，以信息科学和生命科学为代表的现代科学技术突飞猛进，为世界生产力的发展打开了广阔前景。基础教育特别是高中教育面临着难得的发展机遇，也面临着严峻挑战。 教育部审时度势，根据国家十五规划提出的基础教育战略目标和基础教育现状，制定了一系列有关政策和措施。教育部陈至立部长指出：教育部决定，从 2001 年起用5 至 10 年左右时间在全国中小学基本普及信息技术教育，全3 / 16 面实施校校通工 程，以信息化带动教育的现代化，努力实现基础教育跨越式发展。 然而，改革开放以来，我国中小学教育教学改革尽管取得了不小的成绩，但是广大教育工作者普遍反映整个教改并没有取得很大的突破。原因在哪儿呢？我们认为，主要问题在于，这些教改只注重了内容、手段和方法的改革，而忽视教学模式的改革。甚至将教学内容的改革、教学手段的改革、教学方法的改革混为一谈。诚然，这些改革确实是很需要的，因为对推动整个教育教学改革有一定的意义。但是在投入大量的人力、物力进行这类改革的同时，却忽视了一个更为根本性的改革，这就是教学模式的改 革。 所谓的教学模式，是在一定教学思想、教育理论的指导下，教学活动诸要素依据一定教学目标、教学内容及学生认识特点，所形成的一种稳定而又简约化的教学结构。也就是按照什么样的教育思想、理论来组织你的教学活动进程，它是教育思想、教学理论、学习理论的集中体现。教学结构的改变必然会触动教育思想、教学观念、教与学的理论等根本性的问题，可见，教学模式的改革是深层次的改革。 以凯洛夫的五段教学模式为典型代表的传统教学模式，长期以来一直统治着我们各级各类学校。它以教师为中心，由教师通过讲授、板书及教学媒体的辅助，把教 学内容传递给学生或者灌输给学生。老师是整个教学过程的主宰，学生4 / 16 则处于被动接受老师灌输知识的地位。在这样一种结构下，老师是主动的施教者，学生是被动的外部刺激接受者即灌输对象，媒体是辅助老师向学生灌输的工具，教材则是灌输的内容。 不难想象，作为学习过程主体的学生如果在整个教学过程中始终处于比较被动的地位，肯定难以达到比较理想的教学效果，更不可能培养出创造型人才，这就是传统的以教师为中心教学结构的最大弊病。 1 作为研究型教师，我经过长期的教学实践和教改实验，终于找到了中小学教育教学改革的突破口 将现 代信息技术与高中数学课程加以整合进行课堂教学模式的改革。 二、高中数学自主探究式教学模式的理论构思 我们已初步构建了将现代信息技术与高中数学课程加以整合，以培养学生的数学创新意识、创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨，以数学实验为主要教学方法，以学生自我评价为主要评价方式的，以学生为主体、以教师为主导、以学生自主探究为主线的，以建构主义学与教理论和认知工具理论为主要理论依据的，基于校园网网络环境下的以自主学习为核心的自主探究式高中数学课堂教学模式：创设情境 高中数学自主探究式教学模式流程图 5 / 16 三、高中数学自主探究式教学模式的理论基础 高中数学自主探究式教学模式以建构主义学与教理论、建构主义学习环境 理论、建构主义认知工具理论为主要理论依据。 建构主义学与教理论强调以学生为中心，要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，建构主义的教学理论则要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者； 要求教师应在教学过程中采用全新的教育思想与教学结构 (彻底摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生当作知识灌输对象的传统教育思想与教学结构 )、全新的教学方法和全新的教学设计。 建构主义学习环境 理论认为，学习者的知识是在一定情境下，借助于他人的帮助，如人与人之间的协作、交流、利用必要的信息等等，通过意义的建构而获得的。理想的学习环境应当包括情境、协作、交流和意义建构四个部分。 情境：学习环境中的情境必须有利于学习者对所学内容的意义建构。在教学设计中，创设有利于学习者建构意义的情境是最重要的环节或方面 。 (2)协作：应该贯穿于整个学习活动过程中。教师与学生6 / 16 之间，学生与学生之间的协作，对学习资料的收集与分析、假设的提出与验证、学习进程的自我反馈和学习结果的评价以及意义的最终建构都有十分重要的作用。 交流：是协作过程中最基本的方式或环节。比如学习小组成员之间必须通过交流来商讨如何完成规定的学习任务达到意义建构的目标，怎样更多的获得教师或他人的指导和帮助等等。其实，协作学习的过程就是交流的过程，在这个过程中，每个学习者的想法都为整个学习群体所共享。交流对于推进每个学习者的学习进程，是至关重要的手段。 意义建构：是教学过程的最终目标。其建构的意义是指事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习的内容所反映事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解。 建构主义认知工具理论认为，学习是以思维为中介的，为了更直接地影响学习进程，应减少一直以来对传递技术的过分关注，而更多地关心在完成不同任务中如何要求学习者思维的技术。认知工具理论就是在这种基础上应运而生的。认知工具是支持、指导、扩展学习者思维过程的心理或计算装置。前者存在于学习者 的认知、元认知策略；后者则是外部的，包括基于计算机的装置和环境；它们都是知识建构的助成工具。以多媒体教学技术和网络技术为核心的现代7 / 16 信息技术成为最理想、最实用的认知工具。 2 四、高中数学自主探究式教学模式的操作特征 以自主学习为核心的高中数学自主探索式教学模式的操作特征如下： 1、创设情境：教师通过精心设计教学程序，利用现代教育技术，在数学虚拟实验室中创设与主题相关的、尽可能真实的情境 ,使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。学生在实际情境下进行学习，可以激发学生的联想思维，激发学 生学习数学的兴趣与好奇心 , 使学习者能利用自己原有认知结构中的有关经验，去同化和索引当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间建立起联系，并赋予新知识以某种意义。 2、提出问题：教师通过精心设计教学程序，指导学生通过课题质疑法、因果质疑法、联想质疑法、方法质疑法、比较质疑法、批判质疑法等方法与学生自我设问、学生之间设问、师生之间设问等方式提出问题，培养学生提出问题的能力，促使学生由过去的机械接受向主动探索发展。 3、自主探索：让学生在教师指导下独立探索。先由教师启发引导 (例如演示或介绍理解类似概念的过 程 ) ，然后让学生自己去分析；探索过程中教师要适时提示，帮助学生沿概念框架逐步攀升。它有独立发现法、归纳类比法、打破定式法、发明操作法等方法。 8 / 16 学生始终处于主动探索、主动思考、主动建构意义的认知主体位置，但是又离不开教师事先所作的、精心的教学设计和在协作学习过程中画龙点睛的引导 ; 教师在整个教学过程中说的话很少，但是对学生建构意义的帮助却很大，充分体现了教师指导作用与学生主体作用的结合。 4、网上协作：教师指导学生在个人自主探索的基础上进行小组协商、交流、讨论即协作学习，进一步完善和深化对主题的意义 建构，并通过不同观点的交锋，补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。通过这种合作和沟通，学生可以看到问题的不同侧面和解决途径，从而对知识产生新的洞察。教师在指导学生进行协作学习时，必须注意处理与自主学习的关系，把学生的自主学习放在第一位，协作学习在自主学习基础之上进行教师指导进行。 5、网上测试：学生在教师指导下，运用新一代高中数学网上测试和评估软件系统进行以学生自我评价为主的多种形式的高中数学学习效果的评价。 我们集设计、修订、常模制作等网上测试和评估所需基本功能于一体，充分 利用多媒体与网络技术、数据库管理技术、面向对象程序设计方法等技术手段来辅助系统的实现，使系统真正成为辅助网上测试和评估的有力工具。为了使低分数段的学生有成功感，高分段的学生有激励作用，我们将测试题设计为四个层次：第一层次为达标级，按教学大纲要9 / 16 求设计；第二层次为提高级，在达标级基础上增加了分析层面的学习和变式练习；第三层次为优胜级，增加了新旧知识联系的综合层次练习；第四层次为欣赏级，提供与学习内容有关的高考试题和数学竞赛试题分析与解答。 6、课堂小结：或由学生做或教师做或师生共同做，或由学生写成小论文的形式来完成。必要时可以举行论文答辩：各小组推荐一人和教师组成专家评议组，由组长抽签决定答辩的顺序，各小组在答辩前，将小论文上传到服务器中指定位置。答辩时，先由答辩者在规定的时间内介绍本组的工作，再由答辩者回答专家或听众就其工作的提问。由专家评议组进行评比，分为一等奖、二等奖、三等奖、成功参与奖等四个层次进行奖励。 五、高中数学自主探究式教学模式的实施环境 虚拟实验室 目前，我们初步构建了高中数学自主 探究式教学模式的实施环境 高中数学虚拟实验室，它由硬件、软件、潜件三部分组成。 1、硬件： 我校校园网配有思科交换机、浪潮服务器、长城客户机、千兆主干 100M 到桌面等硬件设施，并将多间多媒体教室 演播式多媒体教室 ;交互式多媒体计算机机房 、电子阅览室等连为一体。 10 / 16 2、软件： 我们在校园网络中配置以下应用软件系统：网络光盘资源共享系统、网络视频点播系统、 源共享系统、视频广播系统、屏幕广播系统、师生网络学习与创作的编辑系统、新一代高中数学教学软件系统、新一代高中数学 网上测试和评估软件系统。 我们开发的新一代高中数学教学软件系统 它由以下几部分组成： 按照与当前高中数学课堂教学的密切程度，将高中数学教学素材资源库分为最常用库、次常用库和扩展库三类，并配合方便、快捷、自动、智能的光盘和网络检索方法。 建立短小精悍、符合积件组合平台要求的接口式的高中数学微教学单元库。 建立高中数学虚拟积件资源库，供广大教师直接调用该教学资源网上的素材用于课堂教学。 将各种资料的呈现方式进行归纳分类，设计成供教师容易调用 与赋值的图标，形成高中数学教学资料呈现方式库。 组建高中数学教与学策略库。将不同的策略方式设计成可填充重组的框架，以简单明了的图标表示，让教师在教学中根据需要将不同的素材、微教学单元与不同的资料呈现方式和教学策略方式相结合，以产生组合爆炸式的效11 / 16 果，适应于各种教学情况；让学生在学习中根据自己需要将不同素材、微教学单元与不同的资料呈现方式和学习策略方式相结合，更好地发挥学生的自主性与主观能动性，进行积极的探索和认知学习。 组建工具软件库 组建类似于傻瓜照相机的特别适合于课堂 教学使用的积件平台 高中数学积件组合平台。该平台的软件的基本特点是： (a)无需程序设计。 (b)方便地组合积件库与各类多媒体和网上资源。 (c)面向全体高中数学教师和高中学生，易学易用。 我们开发的新一代高中数学网上测试和评估软件系统 由以下几部分组成： (1)测验试卷的生成工具 测验试卷的生成工具有随机出题功能，可以为每个学生产生不同的试卷，以防作弊。 (2)测试过程的控制系统 系统主要完成对网上测试过程的控制，如在需要时锁定系统，不允许学生进行与测试无关的浏览， 控制测试时间，到时自动交卷等。 (3)自动批改即时反馈功能 系统对测验提供了自动批改即时反馈功能，还可以根12 / 16 据学生的答案提供个性化的反馈内容。系统允许教师通过对一些问题加权，进一步控制测试环境。 (4)自动记分系统与智能系统 系统还提供自动记分系统，在学生作完测验系统自动判分之后，自动将成绩登录，进一步系统还可以自动提供反馈信息，自动建议学生下一步的学习内容；再比如提供邮件分类系统，对发到教师课程邮箱的信件进行分类，自动区分哪些是学生递交的作业，记录学生递交的时间是否及时，再进一步提供智能 系统，自动分析邮件内容，进行归类，或自动解答或提供给老师统一解答。 (5)测试结果分析工具 系统根据每道题中的知识点和学生的答题情况，对具体学生给出诊断，对下一步学习提出建议。该系统还可以根据考试测验的统计数据，运用教育评估理论分析题目的质量，如区分度、难度等。 3、潜件： 我们重视对研究人员和实验班学生的培训。研究人员以自学为主，采取专题培训、讲座、讨论和外出参加培训等多种方式，学习现代教育理论特别是建构主义学与教理论、建构主义学习环境 理论、建构主义认知工具理论，更新教学观念和思 想，掌握教育实验研究方法；学习现代信息技术，掌握多媒体与网络教学方法和多媒体与网络教学软件13 / 16 开发方法。实验班学生由课题组成员和计算机教师共同进行培训，计算机教师负责培训学生电脑基本操作与输入法，我们负责培训学生几何画板、数学实验室等数学实验工具软件的使用。 六、基于网络环境下高中数学创设情境的策略 数学本身就是一门与生活联系比较紧密的学科，不同的是，学生所要学习的知识是人类几千年来积累的间接经验，它具有较高的抽象性，要使他们理解性地接受、消化，仅凭目前课堂上教师的口耳授受是不可能的。这 就迫使教师改变教学观念，探索教学技巧。本人运用现代信息技术从以下几方面创设高中数学教学情境。 1、创设真实情境，激发学生学习数学的兴趣与好奇心 建构主义学习理论强调创设真实情境，把创设情境看作是意义建构的必要前提，并作为教学设计的最重要内容之一。而多媒体技术正好是创设真实情境的最有效工具，如果再与仿真技术相结合，则更能产生身临其境的逼真效果。 教师利用以多媒体技术与网络技术为核心的现代教育技术创设与主题相关的、尽可能真实的情境 ,使学习能 在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。 例如笔 者在上立体几何导言课时，利用多媒体电脑展示让所有立体几何图形都动起来课件。 14 / 16 学生在实际情境下进行学习，可以激发学生的联想思维，激发学生学习立体几何的兴趣与好奇心 ,有效地降低学生对立体几何的恐惧感。学习者能利用自己原有认知结构中有关经验，去同化和索引当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间建立起联系，并赋予新知识以某种意义。 2、创设质疑情境，变机械接受为主动探究 学起于思，思源于疑。学生有了疑问才会去进一步思考问题，才会有所发展，有所创造，苏霍姆林斯基曾说：人的心灵深处 ，总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者固有需要，而传统教学中，学生少主动参与，多被动接受；少自我意识，多依附性。学生被束缚在教师、教材、课堂的圈子中，不敢越雷池半步，其创造性个性受到压抑和扼制。因此，在教学中我们提出：学生是教学的主人，教是为学生的学服务的。应鼓励学生自主质疑，去发现问题，大胆发问。创设质疑情境，让学生由机械接受向主动探索发展，有利于发展学生的创造个性。 例如笔者在上高二数学正方体截面课时，学生通过网络访问教师放置在服务器上的正方体截面课件，积极参与活动，继而提出探究性问 题：屏幕上浅蓝色的三角形是什么三角形？，在一个正方体中，类似于这样的三角形有几个？，如何截正方体才能得到正三角形？，上述三角形截面之间有何联系？，用一把无比锋利的刀